WNM360L耐磨鋼材料焊接工藝開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

■ 歐先印，余細(xì)萍，沈華西

關(guān)鍵字：焊接工藝；WNM360L耐磨鋼；力學(xué)性能

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1. 材料選用

本試驗(yàn)所用的材料與實(shí)際制造尾滾筒所使的材料一致，為舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司生產(chǎn)的40mm厚度的WNM360L耐磨鋼，其化學(xué)成分、力學(xué)性能經(jīng)檢測(cè)后分別如表1、表2所示。拉伸試驗(yàn)下的抗拉強(qiáng)度為1260MPa，屈服強(qiáng)度為1040MPa，斷面收縮率為12%，在-20℃下三次的沖擊試驗(yàn)值分別為41J、36J、26J，經(jīng)超聲波探傷后合格，符合WYJ112—2008標(biāo)準(zhǔn)的要求，為合格鋼板。

表1 WNM360L耐磨鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

2. 焊接工藝

（1）坡口設(shè)計(jì)及試樣制備 為保證焊透，WNM360L耐磨鋼試板對(duì)接焊采用了“X”形坡口（見(jiàn)附圖）。試板焊接完成后，根據(jù)規(guī)范要求，將從試件上截取2件縱向拉伸試樣，4件側(cè)彎試樣，分別從焊縫中心線(xiàn)、熔合線(xiàn)、距熔合線(xiàn)2mm及距熔合線(xiàn)5mm處各截取3件V型缺口沖擊試樣。

坡口形式及焊道布置圖

表2 WNM360L耐磨鋼力學(xué)性能

（2）焊接方法、焊絲與焊劑的選擇 為保證焊接質(zhì)量兼顧焊接效率，焊接方法選擇了埋弧焊。由于實(shí)際上沒(méi)有匹配母材強(qiáng)度的焊絲，根據(jù)船東需求，選用了焊絲H08Mn2MoA，其強(qiáng)度經(jīng)計(jì)算后滿(mǎn)足船東提出的要求，化學(xué)成分及力學(xué)性能分別如表3、表4所示。經(jīng)射線(xiàn)探傷后合格，符合GB/T12470—2003標(biāo)準(zhǔn)的要求；與其配合使用的焊劑為SJ101，其測(cè)試后的力學(xué)性能如表5所示，經(jīng)射線(xiàn)探傷后合格，其含水量、含硫、磷量及機(jī)械夾雜物等均滿(mǎn)足GB/T12470—2003標(biāo)準(zhǔn)的要求，且焊絲與焊劑的化學(xué)成分分析結(jié)果及力學(xué)性能結(jié)果均獲得了CCS認(rèn)可。

（3）焊前準(zhǔn)備及焊接參數(shù)的選擇 焊前保證坡口及附近25～30mm內(nèi)表面潔凈，無(wú)油污。焊接過(guò)程需嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度、層間溫度與最大熱輸入。預(yù)熱溫度過(guò)低或不預(yù)熱，會(huì)加快WNM360L耐磨鋼焊縫的冷卻速度，易使接頭生成馬氏體組織，產(chǎn)生冷裂紋；層間溫度過(guò)高，會(huì)造成鐵素體晶粒粗大，使塑、韌性降低；層間溫度過(guò)低，易形成馬氏體組織，使硬度提高；焊接熱輸入不但影響焊接過(guò)程中峰值溫度的分布和冷卻速度，還影響凝固時(shí)間，從而影響焊接接頭的力學(xué)性能。因此焊接預(yù)熱溫度最低值控制在100℃，層間溫度控制在100～250℃，最大熱輸入控制在19.67～26.61kJ/cm，各焊道焊接參數(shù)具體如表6所示。

3. 焊接接頭力學(xué)性能測(cè)試

試樣焊接完成后，參照焊絲的力學(xué)性能，根據(jù)CCS焊接與材料規(guī)范對(duì)該接頭進(jìn)行力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

（1）焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果 如表7所示，焊縫中心線(xiàn)、熔合線(xiàn)、距熔合線(xiàn)2mm及距熔合線(xiàn)5mm處的沖擊吸收能量值均符合規(guī)范要求。

（2）硬度測(cè)試結(jié)果 母材的硬度為293～325HV10，熱影響區(qū)的硬度為214～229HV10，焊縫的硬度為219～229HV10，均未超過(guò)420HV10，符合規(guī)范要求。

（3）焊接接頭拉伸和彎曲試驗(yàn)結(jié)果 如表8所示，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)斷裂位置在焊縫處，最小抗拉強(qiáng)度為645MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)時(shí)所需求的最小抗拉強(qiáng)度值，符合規(guī)范要求；試樣側(cè)彎后，試樣無(wú)裂紋與其他缺陷，滿(mǎn)足規(guī)范要求；焊縫斷面宏觀(guān)檢查顯示，焊縫完全焊透，無(wú)裂紋、氣孔夾雜等缺陷，符合規(guī)范要求。

表3 H08Mn2MoA 焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 H08Mn2MoA焊絲力學(xué)性能

表5 SJ101焊劑力學(xué)性能

表6 WNM360L耐磨鋼對(duì)接焊縫各焊道焊接參數(shù)

表7 焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表8 焊接接頭拉伸、彎曲試驗(yàn)結(jié)果

4. 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用所述的焊接工藝能滿(mǎn)足規(guī)范要求，該焊接工藝已獲得船東認(rèn)可，在尾滾筒生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)用，焊接質(zhì)量理想， MT、RT及UT均未發(fā)現(xiàn)裂紋等超標(biāo)缺陷，合格率100%，能滿(mǎn)足實(shí)際焊接工藝的需要。